(57)【要約】【課題】純度及び安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで効率よく量産することで、殆ど半永久的にナノカーボンを生成しつづけることができ、ナノカーボンを大量に供給することを課題とする。【解決手段】還元雰囲気で縦向きに設置した加熱炉容器１０と、加熱炉容器内に傾斜角度をつけて多段に配置され，表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂと、円錐状板の外周部に配置された加熱源１７と、加熱炉容器の上流側に配置され，炭素含有化合物を噴霧する炭素含有化合物散布ノズル２１と、加熱炉容器の下流側に配置されたナノカーボン排出ノズル２０とを具備し、炭化水素噴霧配管より炭素含有化合物を噴霧することにより円錐状板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを触媒基板表面から剥離させ、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とする。【選択図】図１
2013189334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元雰囲気で縦向きに設置した加熱炉容器と、この加熱炉容器内に該容器と同心円状に傾斜角度をつけて多段に配置され，表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板と、これら円錐状板の外周部に配置された加熱源と、前記加熱炉容器の上流側に配置され，加熱炉容器内に炭素含有化合物を噴霧する炭素含有化合物散布ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置されたナノカーボン排出ノズルとを具備し、
前記炭素含有化合物散布ノズルより炭素含有化合物を噴霧することにより前記触媒基板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを触媒基板表面から剥離させ、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とするナノカーボン生成装置。
【請求項２】
前記円錐状板の表面温度は、炭素含有化合物を間欠的に均一に噴霧する状態で５００〜１２００℃の範囲の中で原料である炭素含有化合物の種類に合わせて設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載のナノカーボン生成装置。
【請求項３】
前記加熱炉容器の外側から加熱する第１の加熱手段と前記触媒基板の表面温度加熱する第２の加熱手段とを備え、前記触媒基板の表面温度を均一に保持できる構成であることを特徴とする請求項１若しくは２に記載のナノカーボン生成装置。
【請求項４】
前記多段円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板は、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉の微細触媒粉末をアルミナもしくはシリカの無触媒物質中に分散・保持させた触媒基板であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項５】
前記加熱炉容器のナノカーボン排出部の上側に設置された未反応炭素含有化合物を排出するノズルと、前記加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを更に備えていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項６】
前記加熱炉容器のナノカーボン排出部にはナノカーボン排出用の上下２段のダブルダンパーが設置され、加熱炉容器内の温度が一定で還元雰囲気にしたままナノカーボンを加熱炉容器外に払い落とすことができる構成であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項７】
前記加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを設置し、その未反応炭素含有化合物再投入ライン中で未反応炭素含有化合物を再加熱して前記加熱炉容器に戻す構成であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項８】
前記加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを設置し、その未反応炭素含有化合物を前記加熱炉容器の上流側の加熱炉内部設定温度とその下流側の加熱炉内部設定温度を変える構成であることを特徴とする請求項１乃至７いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項９】
前記加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを設置し、その未反応炭素含有化合物を前記加熱炉容器の上流側の加熱炉内部設定温度とその下流側の加熱炉内部設定温度を変える場合、上流側加熱炉内部と下流側加熱炉内部の温度設定がそれぞれ一定に保たれるように上流側加熱炉内部一定温度部と下流側加熱炉内部一定温度部との間にナノカーボンを生成させない温度遷移領域部を設ける構成であることを特徴とする請求項８記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１０】
前記円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板の表面に生成されたナノカーボンに不活性ガスを間欠的に噴きかける不活性ガス供給手段を備え、前記円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、前記円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面に生成したナノカーボンを噴き落とし、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルより排出する構成であることを特徴とする請求項１乃至９いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１１】
前記円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板の表面に生成されたナノカーボンを掻き取る掻取り機構は前記加熱炉容器に配置され、この掻取り機構により前記円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板の表面に成長したナノカーボンを掻き落とす構成であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１２】
前記円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板の傾き角度は運転中でも調整できるようにし、生成したナノカーボンを流下させる量、タイミングを調整できるようにすることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１３】
前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイルであることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１４】
前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマスオイル中の水分を除去した炭素成分の多い状態であることを特徴とする請求項１３に記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１５】
前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスガスであることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１６】
前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマスガス中の水蒸気分を除去した炭素成分の多い状態であることを特徴とする請求項１５に記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１７】
前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオエタノールであることを特徴とする請求項１乃至１６いずれか一記載のナノカーボン生成装置。
【請求項１８】
前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、木質系材料から生成する水分を含有するバイオエタノールとすることを特徴とする請求項１７に記載のナノカーボン生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル、カーボンナノホーン、フラーレン等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを効率的に製造するナノカーボン生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く、カーボンナノチューブの生成法としては、例えばアーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法(ＣＶＤ法)が挙げられる。  
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である。
【０００３】
一般に、アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいとされる。  
ＣＶＤ法には、反応炉の中に入れた基板にカーボンナノチューブを生成させる基板法と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法の二つの方法がある。
【０００４】
しかし、上記気相成長法は、バッジ処理であるので大量生産が難しい。また、流動気相法は、温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されている。しかし、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。
【０００５】
しかして、純度及び安定性の高いカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるようになれば、ナノカーボンの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。特に、これまでは特殊な触媒基板を製作し、その基板上で原料ガスと反応させてナノカーボンを生成したおり、長時間運転することで、その特殊な触媒基板が薄くなり、それ以上ナノカーボンが生成しなくなってしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９５５０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７３３０８号公報
【特許文献３】特開２０００−８６２１７号公報
【特許文献４】特開２００３−３４２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態の目的は、特殊な触媒基板等を用いずにしかも触媒用金属粉が殆ど混入することなく、純度及び安定性の高い高品質のカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるナノカーボン生成装置を提供することにある。しかも一定条件で運転することで、殆ど半永久的にナノカーボンを生成しつづけることができ、ナノカーボンを大量に供給することが可能なナノカーボン生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るナノカーボン生成装置は、還元雰囲気で縦向きに設置した加熱炉容器と、この加熱炉容器内に該容器と同心円状に傾斜角度をつけて多段に配置され，表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板と、これら円錐状板の外周部に配置された加熱源と、前記加熱炉容器の上流側に配置され，加熱炉容器内に炭素含有化合物を噴霧する炭素含有化合物散布ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置されたナノカーボン排出ノズルとを具備し、前記炭素含有化合物散布ノズルより炭素含有化合物を噴霧することにより前記触媒基板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを触媒基板表面から剥離させ、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図２】第２の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図３】第３,第４の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図４】第５の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図５】第６の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図６】第７の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図７】第８の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図８】第９の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図９】第１０の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図１０】本発明の第１１の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【図１１】本発明の第１２の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態のナノカーボン生成装置について更に詳しく説明する。  
(1) 本実施形態のナノカーボン生成装置は、上述したように、加熱炉容器と、表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板と、加熱源と、炭素含有化合物散布ノズルと、ナノカーボン排出ノズルとを具備し、炭素含有化合物散布ノズルより炭素含有化合物を噴霧することにより触媒基板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを触媒基板表面から剥離させ、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とする。これにより、常に安定した純度および安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで手軽に効率よく量産することができる。
【００１１】
(2) 上記（１）において、円錐状板の表面温度は、炭素含有化合物を間欠的に均一に噴霧する状態で５００〜１２００℃の範囲の中で原料である炭素含有化合物の種類に合わせて設定するようにすることが好ましい。各円錐状板上の温度を正確に制御することにより良質のナノカーボンを生成することで、良質のナノカーボンを連続的に製造することができる。
【００１２】
(3) 上記（１）又は（２）において、加熱炉容器の外側から加熱する第１の加熱手段と触媒基板の表面温度加熱する第２の加熱手段とを備え、触媒基板の表面温度を均一に保持できる構成であることが好ましい。各円錐状板上の温度を正確に制御することにより良質のナノカーボンを生成することで、良質のナノカーボンを連続的に製造することができる。
【００１３】
(4) 上記（１）乃至（３）において、多段円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板は、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉の微細触媒粉末をアルミナもしくはシリカの無触媒物質中に分散・保持させた触媒基板であることが好ましい。これにより、良質のナノカーボンを連続的に効率的に製造できる触媒基板を簡単に製作することができる。
【００１４】
(5) 上記（１）乃至（４）において、加熱炉容器のナノカーボン排出部の上側に設置された未反応炭素含有化合物を排出するノズルと、加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを更に備えていることが好ましい。
【００１５】
(6) 上記（１）乃至（５）において、加熱炉容器のナノカーボン排出部にはナノカーボン排出用の上下２段のダブルダンパーが設置され、加熱炉容器内の温度が一定で還元雰囲気にしたままナノカーボンを加熱炉容器外に払い落とすことができる構成であることが好ましい。これにより、より良質のナノカーボンを連続的かつ効率的に製造することができる。
【００１６】
(7) 上記（１）乃至（６）において、加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを設置し、その未反応炭素含有化合物再投入ライン中で未反応炭素含有化合物を再加熱して前記加熱炉容器に戻す構成であることが好ましい。これにより、より良質のナノカーボンを連続的かつ効率的に製造することができる。
【００１７】
(8) 上記（１）乃至（７）において、加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを設置し、その未反応炭素含有化合物を加熱炉容器の上流側の加熱炉内部設定温度とその下流側の加熱炉内部設定温度を変える構成であることが好ましい。これにより、より良質のナノカーボンを連続的かつ効率的に製造することができる。
【００１８】
(9) 上記（１）乃至（８）において、加熱炉容器から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器内に戻す未反応炭素含有化合物再投入ラインを設置し、その未反応炭化水素を加熱炉容器の上流側の加熱炉内部設定温度とその下流側の加熱炉内部設定温度を変える場合、上流側加熱炉内部と下流側加熱炉内部の温度設定がそれぞれ一定に保たれるように上流側加熱炉内部一定温度部と下流側加熱炉内部一定温度部との間にナノカーボンを生成させない温度遷移領域部を設ける構成であることが好ましい。
【００１９】
(10) 上記（１）乃至（９）において、円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板の表面に生成されたナノカーボンに不活性ガスを間欠的に噴きかける不活性ガス供給手段を備え、円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面に生成したナノカーボンを噴き落とし、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルより排出する構成であることが好ましい。
【００２０】
(11) 上記（１）乃至（１０）において、円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板の表面に生成されたナノカーボンを掻き取る掻取り機構は前記加熱炉容器に配置され、この掻取り機構により円錐状板の表面に触媒粉を保持させた触媒基板の表面に成長したナノカーボンを掻き落とす構成であることが好ましい。
【００２１】
(12) 上記（１）乃至（１１）において、円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板の傾き角度は運転中でも調整できるようにし、生成したナノカーボンを流下させる量、タイミングを調整できるようにすることが好ましい。
【００２２】
(13) 上記（１）乃至（１２）において、加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイルであることが好ましい。
【００２３】
(14) 上記（１３）において、前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマスオイル中の水分を除去した炭素成分の多い状態であることが好ましい。これにより、木質系材料等のバイオマス材料から低コストで手軽に高品質のナノカーボンを更に効率的に連続的に製造することができる。
【００２４】
(15) 上記（１）乃至（１４）において、加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスガスであることが好ましい。これにより、バイオマス材料から直接、低コストで手軽に高品質のナノカーボンを連続的に生成することができる。
【００２５】
(16) 上記（１５）において、前記加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオマスガス中の水蒸気分を除去した炭素成分の多い状態であることが好ましい。これにより、バイオマス材料から直接、低コストで手軽に高品質のナノカーボンを更に効率的に連続的に生成することができる。
【００２６】
(17) 上記（１）乃至（１６）において、加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、バイオエタノールであることが好ましい。木質系材料等のバイオマス材料から生成したバイオエタノールから直接、低コストで手軽に高品質のナノカーボンを更に効率的に連続的に生成することができる。
【００２７】
(18) 上記（１７）において、加熱炉容器内に噴霧する炭素含有化合物は、木質系材料から生成する水分を含有するバイオエタノールとすることが好ましい。これにより、木質系材料等のバイオマス材料から生成した水分を含有するバイオエタノールからでも直接、低コストで手軽に高品質のナノカーボンを更に効率的に連続的に生成することができる。
【００２８】
(19)本実施形態のナノカーボン生成装置において、ナノカーボンとは、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル、カーボンナノホーン、フラーレン等を示す。
【００２９】
次に、本実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。  
（第１の実施形態）  
図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照する。ここで、図１（Ａ）は第１の実施形態に係るナノカーボン生成装置の全体図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。  
図中の符番１０はナノカーボン生成装置で、内部が還元雰囲気の縦型の加熱炉容器（内筒）１１を備えている。この加熱炉容器１１の内部には、該容器１１の中心軸に駆動軸回転モータにより回転する加熱炉掻き落とし羽根回転軸（以下、回転軸と呼ぶ）１２が設置されている。前記回転軸１２には円錐状板１３ａが同心円状に傾斜角度をつけて多段に固定され、前記加熱炉容器１１の内壁には円錐状板１３ｂが多段に固定されている。ここで、円錐状板１３ａと円錐状板１３ｂは下又は上から交互に配置されている。また、一方の円錐状板１３ａの断面形状は「ハの字状」であり、他方の円錐状板１３ｂの断面形状は「逆ハの字状」である。即ち、円錐状板１３ａは外側に向けて下向きに傾斜しており、円錐状板１３ｂは内側に向けて下向きに傾斜している。円錐状板１３ａ，１３ｂは、触媒粉を蒸着させた触媒基板２２を保持している。
【００３０】
前記加熱炉容器１１内で且つ回転軸１２には、生成したナノカーボン１４を掻き落とすための回転羽根１５が前記円錐状板１３ｂより上方に位置するように設けられている。加熱炉容器１１の内壁には、生成したナノカーボン１４を掻き落とすための断面が円錐形状の固定羽根１６が前記円錐状板１３ａの上方に位置するように設けられている。加熱炉容器１１の外周部には、加熱炉容器内を加熱するために加熱源としての加熱ジャケット１７が配置されている。この加熱ジャケット１７は、加熱炉容器１１の外周部に配置された装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を加熱源とする。加熱ジャケット１７の外側には、加熱炉容器１１の内部を保温するために保温材１８が配置されている。
【００３１】
加熱炉容器１１の上流側には、加熱炉容器１１内に原料である炭素含有化合物を注入する炭素含有化合物注入配管１９が配置されている。加熱炉容器１１の下流側には、触媒基板２２に生成されたナノカーボン１４を排出するナノカーボン排出ノズル（以下、排出ノズルと呼ぶ）２０が配置されている。前記回転軸１２の上部には、炭素含有化合物を散布するための炭素含有化合物散布ノズル（以下、散布ノズルと呼ぶ）２１が設けられている。この散布ノズル２１は、炭素含有化合物注入配管１９に接続されている。
【００３２】
こうした構成のナノカーボン生成装置の動作について説明する。  
炭化水素は、ナノカーボン生成炉１０の上流側から炭素含有化合物注入配管１９から散布ノズル２１を経由して連続的に或いは間欠的に噴霧する。これにより、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１内に配置した円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板２２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面で反応させてナノカーボン１４を成長させる。ナノカーボン生成炉１０内の上部で噴霧された炭素含有化合物は、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１内に配置した円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板２２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面で反応させることで、ナノカーボン１５が短時間で大量合成する。ナノカーボン１４の成長につれて反応する触媒粉を蒸着させた触媒基板表面から微細金属微粒子が空間に剥離し、僅かに剥離した微細金属微粒子が分離する。分離した微細金属微粒子から新たにナノカーボンは、生成，成長することを繰り返すことで加速度的にナノカーボンが生成，成長し、純度の高いナノカーボンが大量に合成できる。
【００３３】
円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板２２の表面から剥離する微細金属微粒子、また、ナノカーボンに含まれる微細金属微粒子はほんの僅かである。そして、噴霧された金属触媒粉混合炭素含有化合物中の金属触媒粉を核として、微細金属微粒子と炭素含有化合物が反応してナノカーボンが生成，成長を連続的に繰り返す。これにより、ナノカーボン生成炉１０の上部の炭素含有化合物を炭素含有化合物注入配管１９から散布ノズル２１を経由して連続的に噴霧し続けることで、ナノカーボン生成炉内の触媒粉を蒸着させた部材、及び、円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板２２上で反応を繰り返しナノカーボンが連続的に生成，成長を連続的に繰り返す。
【００３４】
即ち、ナノカーボン生成炉１０内、及び、前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料、加熱炉容器内に配置した円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板２２上では微細金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり、噴霧された金属触媒粉混合炭素含有化合物と高温状態で反応し、気相成長法によりナノカーボンが生成，成長する。ナノカーボン生成炉１０内面は均一に加熱されるとともに、原料である炭素含有化合物も均一に噴霧されることで、ナノカーボン生成炉１０内で斑なく均一にナノカーボンが生成，成長できる。これにより、特殊なナノカーボン生成用成型金属基板等を保持せずとも、合炭化水素を供給するのみで、触媒基板２２表面から安定的にナノカーボンを連続的に製造することができることになる。
【００３５】
なお、円錐状板１３ａ、回転羽根１５は回転軸１２に固定されており、回転軸１２が回転することで、円錐状板１３ａに固定された触媒基板２２上で成長したナノカーボンは固定羽根１６により掻き落とされる。また、円錐状板１３ｂに固定された触媒基板２２上で成長したナノカーボンは、回転軸１２が回転することで回転羽根１５により掻き落とされ、剥離され、夫々下流側に流下する。
【００３６】
この触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板表面には一部触媒粉が露出した状態であり、露出している触媒粉を核として原料である炭素含有化合物とある一定のナノカーボン生成反応温度に達すると炭素含有化合物と反応し微量放出され、触媒基板上にナノカーボン生成、成長していく。触媒基板２２は、ナノカーボン生成炉内の内面、内部構造物等に触媒粉を蒸着させることで、触媒粉が蒸着されたナノカーボン生成炉内の内面、内部構造物等では、ある一定のナノカーボン生成反応最適温度に達すると炭化水素と反応し微量放出され、触媒基板上にナノカーボン生成、成長していく。
【００３７】
但し、本発明においては、加熱炉容器１１の上流側に加熱炉容器１１内に炭素含有化合物を噴霧する散布ノズル２１が配置され、ここから炭素含有化合物を注入され、触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂは常時金属触媒の機能を保持していることになる。この触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒基板表面ではナノカーボン生成の核としての機能を常時保持しており、このナノカーボン生成の核となる触媒粉は微量露出していればよく、その触媒粉の露出量は原料の炭化水素に比べて十分に微量なレベルであり、原料の炭素含有化合物に対する露出する触媒基板上の微細金属触媒粉の量としては、炭素含有化合物に対する微細金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１０００万程度の微小レベルで十分であり、特に原料の炭素含有化合物が液体の場合、炭素含有化合物の容器に微小レベルの微細金属触媒粉の露出程度で十分である。
【００３８】
なお、微細金属触媒粉の露出割合が高いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に微細金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。この為、触媒基板形成時に微細金属触媒粉の添加比率は極力下げて、生成ナノカーボン中に微細金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、炭素含有化合物原料の種類と触媒基板形成時に添加する微細金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での触媒基板形成時に最適な金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。
【００３９】
これにより、前記加熱炉容器１１内面の触媒粉を蒸着させた触媒基板２２を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂの材料は、触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂ自体が触媒としての機能を有しており、ナノカーボン生成炉内に原料である炭素含有化合物を供給するのみで、触媒粉を蒸着させた触媒基板上で安定的にナノカーボンを生成することができる。
【００４０】
上記したように、第１の実施形態によれば、加熱炉容器１１と、この加熱炉容器１１の外周部に配置された加熱ジャケット１７と、加熱炉容器１１内に該容器と同心円状に傾斜角度をつけて配置され，表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板２２を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂと、加熱炉容器１１の上部側に配置され，加熱炉容器１１内に炭化水素を噴霧する炭素含有化合物注入配管１９と、加熱炉容器１１内に炭化水素を噴霧する散布ノズル２１と、加熱炉容器１１の下流側に配置された排出ノズル２０とを具備し、加熱炉容器１１内に、炭素含有化合物注入配管１９より散布ノズル２１を経て炭素含有化合物を連続的に噴霧することにより加熱炉容器１１内で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを前記排出ノズル２０により排出する構成となっている。従って、純度及び安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。
【００４１】
また、図１においては、原料である炭素含有化合物を、加熱炉容器１１内に多段に配置した各円錐状板１３ａ，１３ｂを外側下向き傾斜、内側下向き傾斜にする等互い違いに流すように流路を形成するようにしている。これにより、円錐状板１３ａ，１３ｂ上で生成、分離したナノカーボンは、自由落下と回転軸１２が回転することの強制落下の影響で下流側に流下し、加熱炉容器１１の下流側に配置された排出ノズル２０に排出される。
【００４２】
なお、第１の実施形態では、加熱源として装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を加熱源とする加熱ジャケット１７を用いた場合について述べたが、これに限らず、装置、プラント等の排熱を利用して発電しその電気を利用して加熱する加熱電気ヒータ等を利用し、ナノカーボン製造装置全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。
【００４３】
また、設計上、炭素含有化合物注入配管１９を経て散布ノズル２１から噴霧する流量がナノカーボンの生成に最適となるように、炭素含有化合物の噴霧流量を制御する為に炭素含有化合物ヘッダーへの炭素含有化合物供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したりすることは適宜実施可能である。
【００４４】
更に、加熱炉容器１１の上流側の炭素含有化合物注入配管１９から散布ノズル２１を経て連続的に噴霧する金属触媒粉混合炭素含有化合物は、連続的に噴霧する必要はなく、間欠的に散布する方がナノカーボン生成効率の点で優れる。これは、上から炭素含有化合物を噴霧しないタイミングの方が円錐状板１３ａ，１３ｂからの微細金属粒子の剥離が促進されるためである。従って、円錐状板１３ａ，１３ｂ上のナノカーボンとの成長状況、加熱炉容器１１内から流下するナノカーボンの分量、状況等により、原料である炭化水素を噴霧する時間の問隔、噴霧しないタイミング、金属触媒粉混合炭素含有化合物の噴霧量、金属触媒粉と炭素含有化合物の混合比率等を適宜調整する。
【００４５】
更に、図１においては、ナノカーボン生成装置は縦型方式とし、注入ノズルを上部に、排出ノズルを下部に設置している。しかし、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、加熱ジャケットから加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に円錐状板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に製造するようにしてもよい。
【００４６】
（第２の実施形態）  
図２を参照する。図２は、第２の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図２のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００４７】
第２の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、触媒基板１３ａ，１３ｂを保持する円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度は、原料である炭素含有化合物を連続的又は間欠的に均一に噴霧する状態で５００〜１２００℃の範囲の中で原料である炭素含有化合物の種類に合わせて、正確に適切な温度に設定するようにしたものである。
【００４８】
前記各円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度をなるべく低くし、ナノカーボン生成炉１０全体の効率を高めることができるのが良い。しかし、発明者等は、これまでの試験研究より、微量の表面に触媒粉を鉄として蒸着させた触媒基板２２を保持する各円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度を８００℃以上に高めなくても、原料である炭素含有化合物がエタノール等のナノカーボンを生成しやすい種類の場合は５５０〜７００℃の温度範囲の中で最適温度に設定することで、最も効率的に高純度のナノカーボンを生成できることを検証している。
【００４９】
但し、炭素含有化合物原料中に水分等の炭素含有化合物以外の成分が含まれているような場合や炭素含有化合物原料自体の種類によっては、各円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度を１１００℃以上１２００℃程度まで高めなくては高純度のカーボンナノチューブは生成しないことも検証している。
【００５０】
第２の実施形態によれば、触媒粉を鉄として蒸着させた触媒基板２２を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度を５００〜１２００℃の範囲の中で原料に応じた最適温度に設定するようにできることで、どのような炭化水素原料の種類であっても、その炭素含有化合物原料にあった最適温度条件に設定することができ、安定的に高純度のカーボンナノチューブを連続的に生成させることができる。
【００５１】
（第３の実施形態）  
図３を参照する。図３は、第３の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図３のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１，２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００５２】
第３の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器１１の外側から加熱する第１の加熱手段としての加熱ジャケット１７と、触媒粉を蒸着させた触媒基板２２を保持する各円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度を加熱する第２の加熱手段としての電気ヒータ２３とを備え、各円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度を均一に保持できる構成としたものである。
【００５３】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態の生成装置と同様に、加熱炉容器１１と、加熱ジャケット１７と、加熱炉容器１１内に該容器と同心円状に傾斜角度をつけて配置され，表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板２２を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂと、炭素含有化合物注入配管１９と、散布ノズル２１と、排出ノズル２０とを具備した構成となっているので、純度及び安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。
【００５４】
また、図３においては、原料である炭素含有化合物を、加熱炉容器１１内に多段に配置した各円錐状板１３ａ，１３ｂを外側下向き傾斜、内側下向き傾斜にする等互い違いに流すように流路を形成するようにしている。これにより、円錐状板１３ａ，１３ｂ上で生成、分離したナノカーボンは、自由落下と回転軸１２が回転することの強制落下の影響で下流側に流下し、加熱炉容器１１の下流側に配置された排出ノズル２０に排出される。
【００５５】
更に、加熱炉容器１１の外側から加熱する加熱ジャケット１７だけでなく、触媒基板を保持する各円錐状板１３ａ，１３ｂの表面温度を一定温度に加熱する電気ヒータ２３を各円錐状板１３ａ，１３ｂの下側に設置した構成であるので、各円錐状板１３ａ，１３ｂを均一温度に加熱できる。これにより、触媒粉を蒸着させた触媒基板２２の表面温度を均一に保持することができる。
【００５６】
このように、各円錐状板１３ａ，１３ｂの触媒粉を蒸着させた触媒基板２２の表面温度を加熱する電気ヒータ２３を設置することで触媒基板２２の表面温度を常時一定温度に加熱することができ、ナノカーボンが生成する触媒粉を蒸着させた触媒基板２２の表面温度を斑なく均一にできる。また、各種炭素含有化合物原料に応じてナノカーボン生成に最適な温度になるよう触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面温度を斑なく均一に保持することができ、触媒粉を蒸着させた触媒基板２２上で常時安定的に純度及び安定性の高い高品質のナノカーボンを連続的に生成することができる。
【００５７】
なお、第３の実施形態では、加熱源として装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を加熱源とする加熱ジャケットを用い、触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面温度を加熱する手段として電気ヒータにより加熱する例について述べたが、これに限らず、装置、プラント等の排熱を利用して発電しその電気を利用して加熱する加熱電気ヒータ等を利用したり、熱風ジャケット等により加熱することで、ナノカーボン製造装置全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。
【００５８】
また、設計上、炭素含有化合物注入ノズルから噴霧する流量がナノカーボンの生成に最適となるように、炭素含有化合物の噴霧流量を制御する為に炭素含有化合物ヘッダーへの炭素含有化合物供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したりすることは適宜実施する。
【００５９】
また、加熱炉容器の上流側の炭素含有化合物注入配管から散布ノズルを経て連続的に噴霧する炭化水素は、連続的に噴霧する必要はなく、間欠的に散布する方がナノカーボン生成効率の点で優れる。これは、上から炭素含有化合物を噴霧しないタイミングの方が触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板からの微細金属粒子の剥離が促進されるためである。従って、触媒粉を蒸着させた触媒基板を保持する円錐状板上のナノカーボンとの成長状況、加熱炉容器内から流下するナノカーボンの分量、状況等により、炭素含有化合物を噴霧する時間の問隔、噴霧しないタイミング、炭素含有化合物の噴霧量等だけでなく、電気ヒータの設定温度を制御することにより、触媒粉を蒸着させた触媒基板の表面温度を適宜調整する。
【００６０】
更に、図３においては、ナノカーボン生成炉は縦型方式とし、炭化水素注入ノズルを上部に、生成ナノカーボン排出ノズルを下部に設置している。しかし、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、加熱ジャケットから加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に円錐状板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に製造するようにしてもよい。
【００６１】
（第４の実施形態）  
第４の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置について図３を参照して説明する。但し、図１，２と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
第４の実際形態に係るナノカーボン生成装置は、粉触媒を蒸着させる触媒基板２２として、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末をアルミナ、シリカ等の無触媒物質中に分散・蒸着させた触媒基板とするものである。
【００６２】
触媒基板として、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末等の触媒粉末のみを蒸着すると、これらの触媒粉末の飛散粒子を微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末等のナノカーボンは大量生成する。しかし、触媒粉末飛散粒子が多すぎて成長したナノカーボン同士が絡み合い、ナノカーボンが曲がったりすることで、ナノカーボンが真っ直ぐに成長せず、アスペクト比が高い等所望の特性のナノカーボンが生成しないという問題がある。
【００６３】
そこで、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末等の触媒粉末飛散粒子同士の距離を離した疎にした状態で配置する為に、アルミナ、シリカ等の無触媒物質中に微量の微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末等を微量分散させる。これにより、核となる微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の触媒粉末飛散粒子同士の距離を離した疎にした状態で配置でき、この分散・蒸着させた触媒基板からアスペクト比が高く良質の特性を有するナノカーボンが大量に生成するようになる。
【００６４】
なお、第4の実施形態において、各円錐状板上の触媒基板の表面に触媒粉を蒸着させる方法として、下記の手段を採用することができる。  
(1) 微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末とアルミナ、シリカ等の無触媒物質との混合比率を１：９９〜１０：９０とし、ナノカーボン生成炉の昇温段階で、各円錐状板の触媒基板の表面に触媒粉を分散・蒸着させる方法。ここで、微細触媒粉末の混合比率が１未満では、良質の特性を有するナノカーボンが十分に得られない。
【００６５】
(2) 各円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させる方法として、ナノカーボン生成炉の運転中において、原料の炭素含有化合物を停止して、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末とアルミナ、シリカ等の無触媒物質との混合比率を１：９９〜１０：９０とし、前記多段円錐状板の表面に分散・蒸着させる方法。  
これにより、ナノカーボン生成炉の運転中において、ナノカーボン生成効率が下がった場合に、一旦ナノカーボン生成炉の運転を停止させ、前記多段円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることで、再度ナノカーボン生成効率を高めることができる。具体的な方法としては、一旦ナノカーボン生成炉の運転を停止させ、ナノカーボン生成炉の上部から、或いは、原料の炭素含有化合物供給配管を利用して、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末とアルミナ、シリカ等の無触媒物質との混合粉体を供給する。そして、各円錐状板の表面に触媒粉を付着させ、その後、ナノカーボン生成炉を昇温し、５００℃程度で温度保持することで、各円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることができ、効率的な触媒粉蒸着が可能となる。
【００６６】
(3) 更に、各円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させる方法として、ナノカーボン生成炉の昇温中及び運転中において原料の炭化水素を停止して、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末とアルミナ、シリカ等の無触媒物質との混合比率を１：９９〜１０：９０とし、前記多段円錐状板の表面に分散・蒸着させる方法。  
この場合、ナノカーボン生成炉の運転の開始前は、生成炉の昇温中に円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることができる。また、ナノカーボン生成炉の運転中にナノカーボン生成効率が下がった場合は、下がった時点で円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることができる。
【００６７】
即ち、ナノカーボン生成炉の昇温中と運転中の両方において、各円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることで、再度ナノカーボン生成効率を高めることができる。具体的な方法としては、ナノカーボン生成炉の運転開始前にナノカーボン生成炉の上部から、或いは、原料の炭素含有化合物供給配管及び散布ノズルを利用して、微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末とアルミナ、シリカ等の無触媒物質との混合粉体を供給し、前記多段円錐状板の表面に触媒粉を付着させ、その後、ナノカーボン生成炉を昇温し、５００℃程度で一定時間温度保持することで、前記多段円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることができ、効率的な触媒粉蒸着が可能となる。
【００６８】
ナノカーボン生成炉の運転中においては、一旦原料の炭素含有化合物の供給を停止させ炉内温度を下げた後、ナノカーボン生成炉の上部から、或いは、原料の炭化水素供給ノズルを利用して、炭化水素の代わりに微細鉄粉もしくは微細ニッケル粉もしくはＳＵＳ微細粉等の微細触媒粉末とアルミナ、シリカ等の無触媒物質との混合粉体を供給し、前記多段円錐状板の表面に触媒粉を付着させ、その後、ナノカーボン生成炉を昇温し、５００℃程度で一定時間温度保持することで、前記多段円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させることができ、効率的な触媒粉蒸着が可能となる。
【００６９】
上記（１）〜（３）の方式を採用することにより、ナノカーボン生成装置において、より効率的に触媒粉蒸着が可能となり、良質のナノカーボンを低コストでより多く連続的に製造することができる。
【００７０】
（第５の実施形態）  
図４を参照する。図４は、第５の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図４のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図４のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１，２，３と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００７１】
第５の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器１１のナノカーボン排出ノズル２１の上側に未反応炭素含有化合物を排出する未反応炭素含有化合物排出ノズル２４を設置するとともに、加熱炉容器１１の上部に未反応炭素含有化合物再投入ノズル（以下、再投入ノズルと呼ぶ）２５を設置し、未反応炭素含有化合物排出ノズル２４と再投入ノズル２５とを未反応炭素含有化合物再投入ライン（以下、再投入ラインと呼ぶ）２６で接続した構成にしたものである。
【００７２】
ナノカーボン生成炉１０に投入された原料の炭素含有化合物分は、全量ナノカーボン生成に寄与する訳ではなく、実際にナノカーボン生成に寄与する比率は少ない。また、未反応炭化水素は、生成したナノカーボンとともに排出されてしまう。そこで、図４では、未反応炭素含有化合物排出ノズル２４及び再投入ノズル２５を設け、これらを再投入ライン２６で接続して未反応炭素含有化合物を有効利用したものである。
【００７３】
第５の実施形態によれば、未反応炭素含有化合物を生成したナノカーボンとともに排出、放出させるだけでなく、ナノカーボン生成炉１０内で一旦ナノカーボン生成に寄与した炭化水素以外の未反応炭素含有化合物を、再度ナノカーボン生成炉１０の上流側に再投入することにより、未反応炭素含有化合物から更にナノカーボンを生成させることができ、これにより一定原料の炭素含有化合物からのナノカーボン生成効率を格段に高めることができる。
【００７４】
（第６の実施形態）  
図５を参照する。図５は、第６の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図５のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１〜４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００７５】
第６の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器１１のナノカーボン排出ノズル２０の下部にナノカーボン排出用の上部ダンパー２７及び下部ダンパー２８を設置するとともに、下部ダンパー２８の下部にナノカーボン回収容器２９を配置し、加熱炉容器１１内の温度が一定で還元雰囲気にしたままナノカーボンを加熱炉容器１１外に払い落とすことができる構成としたものである。
【００７６】
上部ダンパー２７及び下部ダンパー２８の動作は次のとおりである。まず、上部ダンパー２７、下部ダンパー２８を全閉とした後、上部ダンパー２７を開にし、上部ダンパー２７と下部ダンパー２８の間に生成ナノカーボンを溜める。次に、上部ダンパー２７を全閉、下部ダンパー２８を開にすることにより、ナノカーボン生成炉１０内部と生成ナノカーボン回収容器２９とを縁を切った状態で生成ナノカーボンを回収する。また、生成ナノカーボン回収容器２９内の空気がナノカーボン生成炉１０内に混入しないよう、上部ダンパー２７と下部ダンパー２８の間に不活性ガスを間欠的に注入するようなことも、設計・運用上逐次行い、安定的なナノカーボン払出しが行えるようにする。
【００７７】
第６の実施形態のナノカーボン生成装置によれば、ナノカーボン排出ノズル２０の下部に上部ダンパー２７、下部ダンパー２８を夫々設けるとともに、下部ダンパー２８の下部にナノカーボン回収容器２９を設けることにより、ナノカーボン生成炉１０のナノカーボン払出しを安定的に確実に行うことができるコンパクトなナノカーボン生成炉が得られる。
【００７８】
なお、図５ではロータリーバルブの設置を省略しているが、上下２段のダブルダンパー（上部ダンパー２７、下部ダンパー２８）の上側、或いは下側にロータリーバルブを設置することも可能である。  
また、ナノカーボン生成炉の内部は運転中、還元雰囲気を確保しなくてはならず、外部との気密性を十分確保する為のシール構造等について考慮すべきことは言うまでもない。  
更に、ナノカーボン生成炉の下部にはロータリーバルブ等を設置することで下部に落ちた生成ナノカーボンを安定的に払い出すことも可能であるが、その場合も、外部とのシール性能を高める為に、下部に上下２段のダブルダンパー（上部ダンパー、下部ダンパー）を設置し、その下部にナノカーボン回収容器等を設置して回収するようにする。
【００７９】
（第７の実施形態）  
図６を参照する。図６は、第７の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図６のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図６のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１〜５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００８０】
第７の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器１１から排出される未反応炭化水素を再度加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１内に戻す前記再投入ライン２６を設置し、その再投入ライン２６中に未反応炭素含有化合物・再加熱ヒータ（以下、再加熱ヒータと呼ぶ）３２を設置して未反応炭素含有化合物を再加熱して前記加熱炉容器１１に戻す構成としたものである。
【００８１】
第７の実施形態のナノカーボン生成装置によれば、未反応炭素含有化合物を生成したナノカーボンとともに排出、放出させるだけでなく、ナノカーボン生成炉１０内で一旦ナノカーボン生成に寄与した炭化水素以外の未反応炭素含有化合物を、再度ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１上流側に再投入することにより、未反応炭素含有化合物から更にナノカーボンを生成させることができる。従って、一定原料の炭素含有化合物からのナノカーボン生成効率を格段に高めることができるだけでなく、未反応炭素含有化合物を再度ナノカーボン生成炉１０の上流側に再投入する際に、未反応炭素含有化合物をナノカーボンが効率的に生成する温度まで再加熱することにより、更に一定原料の炭素含有化合物からのナノカーボン生成効率を高めることができる。
【００８２】
なお、図６のナノカーボン生成装置においては、前記加熱炉容器１１から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器１１内の加熱炉容器中間部３１に戻す前記再投入ライン２６を設置し、その未反応炭素含有化合物を加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度と加熱炉容器中間部３１の下流側の加熱炉内部設定温度を変える構成とすることが好ましい。
【００８３】
こうした構成にすることにより、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側においてはフレッシュな条件の炭素含有化合物が流入し、その原料条件に適した比較的低温領域で反応し、低温条件に適したナノカーボンが生成する。一方、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも下流側においては、低温では反応しにくい上流側では未反応炭化水素が比較的高温領域で反応し、高温条件に適したナノカーボンが生成する。
【００８４】
また、図６のナノカーボン生成装置においては、加熱炉容器１１から排出される未反応炭素含有化合物を再度加熱炉容器１１内の加熱炉容器中間部３１に戻す前記再投入ライン２６を設置し、その未反応炭素含有化合物を加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度と加熱炉容器中間部３１よりも下流側の加熱炉内部設定温度を変える場合、上流側加熱炉内部と下流側加熱炉内部の温度設定が夫々一定に保たれるように上流側加熱炉内部一定温度部と下流側加熱炉内部一定温度部との間の加熱炉容器中間部３１はナノカーボンを生成させる触媒粉を蒸着させた触媒基板２２を保持する円錐状板１３ａ，１３ｂ等を設置せず、ナノカーボンは生成させない温度遷移領域部とする構成とすることが好ましい。
【００８５】
こうした構成にすることにより、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度と加熱炉容器中間部３１よりも下流側の加熱炉内部設定温度とを夫々の原料の炭素含有化合物条件に見合ったナノカーボン生成最適温度に設定することができる。従って、ナノカーボン生成炉１０内で一旦ナノカーボン生成に寄与した炭化水素以外の未反応炭素含有化合物を、再度ナノカーボン生成炉１０の上流側に再投入することで未反応炭素含有化合物から更にナノカーボンを生成させる際にも、下流側の加熱炉内部設定温度をナノカーボン生成に最適な温度に設定でき、ナノカーボン生成効率を格段に高めることができる。また、これのみならず、未反応炭素含有化合物を再度ナノカーボン生成炉１０の上流側に再投入する際に、未反応炭素含有化合物をナノカーボンが効率的に生成する温度まで再加熱することにより、更にナノカーボン生成効率を高めることができる。
【００８６】
（第８の実施形態）  
図７を参照する。図７は、第８の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図７のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図７のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１〜６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００８７】
第８の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器中間部３１の上流側に位置する加熱ジャケット１７内に上流側加熱ヒータ（電気ヒータ）３３を設置するとともに、加熱炉容器中間部２７の下流側に位置する加熱ジャケット１７内に電気ヒータとしての下流側加熱ヒータ（電気ヒータ）３４を配置し、加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度ＴＡと加熱炉容器中間部３１よりも下流側の加熱炉内部設定温度ＴＢを別々に設定できるようにしたものである。
【００８８】
第８の実施形態のナノカーボン生成装置によれば、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度ＴＡと加熱炉容器中間部３１よりも下流側の加熱炉内部設定温度ＴＢとを夫々の原料の炭化水素条件に見合ったナノカーボン生成最適温度により確実に設定することができる。従って、ナノカーボン生成炉１０内で一旦ナノカーボン生成に寄与した炭化水素以外の未反応炭素含有化合物を再度ナノカーボン生成炉１０の上流側に再投入することで、未反応炭素含有化合物から更にナノカーボンを生成させる際にも、下流側の加熱炉内部設定温度ＴＢをナノカーボン生成に最適な温度に設定でき、ナノカーボン生成効率を格段に高めることができる。また、これのみならず、未反応炭素含有化合物を再度ナノカーボン生成炉１０の上流側に再投入する際に、未反応炭素含有化合物をナノカーボンが効率的に生成する温度まで再加熱することにより、更にナノカーボン生成効率を高めることができる。
【００８９】
なお、図７のナノカーボン生成装置においては、加熱源として電気ヒータを用いた場合について述べたが、これに限らない。即ち、加熱炉容器１１の加熱源は熱風とし、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度と加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも下流側の加熱炉内部設定温度の加熱温度を夫々の温度設定値（ＴＡ、ＴＢ）通りになるように、前記加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側に上流側熱風ジャケットを、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも下流側に下流側熱風ジャケットを設置し、加熱炉容器１１の加熱炉容器中間部３１よりも上流側の加熱炉内部設定温度ＴＡと加熱炉容器中間部３１よりも下流側の加熱炉内部設定温度ＴＢを別々に制御できるようにしてもよい。
【００９０】
（第９の実施形態）  
図８を参照する。図８は、本発明の第９の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。ここで、図８のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）となり、図８のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）となるので、断面図の記載を省略する。また、図１〜７と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００９１】
第９の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、各円錐状板１３ａ，１３ｂに保持された表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板２２の表面に生成されたナノカーボンに不活性ガスを間欠的に噴きかける不活性ガス注入ノズル（不活性ガス供給手段）３５を備え、前記触媒基板２２の表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、触媒基板２２の表面に生成したナノカーボンを噴き落とし、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルより排出するようにしたものである。
【００９２】
第８の実施形態のナノカーボン生成装置によれば、触媒基板２２の表面上部でナノカーボンが成長した時点で、不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、その流量、噴きかける向き等を変えることにより、円錐状板２２表面の生成ナノカーボンを安全で安定的に噴き落とし、生成ナノカーボンを下流側のナノカーボン排出ノズルより排出することができる。
【００９３】
なお、図８のナノカーボン生成装置においては、前記不活性ガス注入ノズル３５は、円錐状板上部から不活性ガスをそれぞれ間欠的に噴きかける位置を１回ずつ変える機構を備えるようにすることもできる。これにより、不活性ガスを各触媒基板の表面に直接噴きかける際に、各触媒基板の表面に同時に直接噴きかけるのではなく、各触媒基板の表面に直接噴きかけるタイミングをずらすことで、各触媒基板の表面に噴きかける炭素含有化合物と不活性ガスの周期を触媒基板ごとに変える運転ができる。従って、各触媒基板上でのナノカーボンの成長がより効率的に促進され、良質のナノカーボンを連続的に製造することができ、各触媒基板上で生成したナノカーボンを前記加熱炉容器の下流から安定的に排出することができる。また、各触媒基板上で最適な条件で不活性ガスを噴きかけることもできる為、良質のナノカーボンをより効率的に製造することができる。
【００９４】
（第１０の実施形態）  
図９を参照する。図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、第１０の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の説明図である。ここで、図９（Ａ）は同生成装置の全体を示す概略図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図９（Ｃ）は図９（Ａ）の要部の断面図を示す。また、図１〜８と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００９５】
第１０の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器１１の内壁に沿って羽根回転軸３６を配置するとともに、この羽根回転軸３６には触媒基板２２の表面に生成されたナノカーボンを掻き落とすために掻き落とし羽根３７が固定されている。また、羽根回転軸３６の下部先端にも掻き落とし羽根３９が取り付けられている。ここで、羽回転軸３６は、先端部が回転軸１２側から加熱炉容器１１の内壁に位置（図９（Ｂ）の点線部分の位置）するまで回動する。掻き落とし羽根３７は、円錐状板１３ａとほぼ平行となるように配置されている。なお、羽根回転軸３６及び掻き落とし羽根３７を総称して掻取り機構と呼ぶ。
【００９６】
また、図９の生成装置では、回転軸１２は途中まで中空になっており、回転軸１２に複数の散布ノズル２１ａ〜２１ｅが設けられているとともに、これらの散布ノズル２１ａ〜２１ｅに夫々炭化水素散布スプレーノズル３８ａ〜３８ｅが接続されている。  
更に、触媒基板２２表面と掻き落とし羽根３７の縁部との隙間距離（Ｄ）は、羽根回転軸３６を上下動（矢印Ｙ方向）させることにより、調整できるような構成になっている。
【００９７】
掻き落とし羽根３７は、前述したように、ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１内の各円錐状板１３ａ上の触媒基板２２表面に直接接触せず、触媒基板２２表面近傍から成長したナノカーボンのみを掻き落とすことができるように設計したものである。ここで、掻き落とし羽根３７は加熱炉容器１１内の各円錐状板の表面に触媒粉を蒸着させた触媒基板２２表面には直接接触させず、金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり成長したナノカーボンのみを掻き落とすようにする。そうでないと、加熱炉容器１１内の触媒基板２２表面に付着した金属触媒粉の金属微粒子も掻き落とすことになり、生成したナノカーボン中に金属不純物が混入しナノカーボンの純度が低下するだけでなく、触媒基板２２表面に金属を設置する場合にはその金属がそぎ落とされ、ナノカーボンの連続生成速度の低下を招き、ナノカーボンの生成効率が低下する。
【００９８】
前記隙間距離Dを調整する構造としては、ナノカーボン生成炉１０の設計に合わせて以下に示すような様々な構造、方式が考えられる。  
(1) 円錐状板１３ａ表面を均一に掻き取る構造に合わせて、掻き落とし羽根３７の根元を回転駆動軸３６にねじを取り付け、このねじを回転させることでアーム長さＨ（回転駆動軸３６の中心と掻き落とし羽根３７の縁部間の距離）（図９（Ｂ）参照）を微調整する方法。  
(2) 掻き落とし羽根３７の回転駆動軸３６側に掻き落とし羽根３７の取り付け冶具（図示せず）を設置し、その取り付け冶具の設置高さを調整することでアーム長さＨを微調整する方法。
【００９９】
第１０の実施形態のナノカーボン生成装置によれば、加熱炉容器１１内の円錐状板１３ａ上の触媒基板２２表面近傍の金属微粒子を掻き取ることなく、触媒基板２２表面上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で触媒基板２２表面から剥離しきれないナノカーボンを定期的に強制的にナノカーボン生成炉１０の下部に流下させ、ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１下流から安定的に排出することができ、ナノカーボンを連続的に製造することができる。
【０１００】
また、図９に示すように、掻き落とし羽根３７の回転駆動軸３６の下側（加熱炉容器１１の下側）の部分に落下してくる生成ナノカーボンが堆積・ブリッジするのを防止するために掻き落とし羽根３７を設置することにより、回転駆動軸３６が回転することで、落下してブリッジしやすい生成ナノカーボンを掻き落とし羽根３７でナノカーボン生成炉１０下部の排出ノズル２０近傍表面を掻き取ることができる。これにより、生成ナノカーボンの掻き取り、掻き落としと同時に生成ナノカーボンの排出ブリッジ防止も効果的に行うことができる。
【０１０１】
（第１１の実施形態）  
図１０を参照する。ここで、図１０は、第１１の実際形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図である。なお、図１０のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図１（Ｂ）、図１０のＹ−Ｙ線に沿う断面図は図１（Ｃ）であるので、断面図の記載を省略する。また、図１〜図９と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図１０のナノカーボン生成装置は、多段に配置された円錐状板１３ａ上の触媒基板２２の傾き角度を運転中でも調整できるようにし、生成したナノカーボンを流下させる量、タイミングを調整できるようにした構成となっている。図７中の破線部分１３’が円錐状板１３ａを実線部分より傾斜を急にさせた状態である。
【０１０２】
第１０の実施形態に係るナノカーボン生成装置によれば、円錐状板１３ａ上の触媒基板２２の傾き角度を運転中でも調整できるため、生成したナノカーボンが流下しやすく、触媒基板２２の傾き角度を大きくしたり小さくしたり、加熱炉容器１１内面と触媒基板２２の外側との隙間を広くしたり、この隙間に不活性ガスを間欠的に噴きかけ、生成ナノカーボンの安定的流下を図る設計上の創意工夫等を行うことができる。  
これにより、ナノカーボンの生成する触媒基板２２での条件を最適条件に設定しやすくなり、ナノカーボンの生成が促進されるとともに、生成したナノカーボンを安定的に排出でき、良質のナノカーボンをより効率的に製造することができる。
【０１０３】
（第１２の実施形態）  
図１１を参照する。ここで、図１１は、第１２の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成装置の概略図を示す。なお、図１１のＸ−Ｘ線に沿う断面図は図９（Ｂ）であるので、図面の記載を省略する。また、図１〜図１０と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
第１２の実施形態に係るナノカーボン生成装置は、加熱炉容器内に噴霧する炭化水素として、木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイルを用いたことを特徴とする。  
第１２の実施形態のナノカーボン生成装置によれば、ナノカーボン生成の原料として化石資源由来のオイル（炭素含有化合物油）を使用するのではなく、木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイルとするようにすることで、化石資源の使用、燃焼によるＣＯ２排出を抑制でき地球温暖化を防止しつつ、高機能カーボンであるナノカーボンを生成することができる。
【０１０４】
なお、第１３の実施形態においては、噴霧する炭素含有化合物として木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイルを用いた場合について述べたが、これに限らない。即ち、一般に、木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイル中には水分が混入している。そこで、このバイオマスオイル中の水分を除去した炭素成分の多い状態であるようにすることで、より効率的にバイオマス原料からナノカーボンを生成させるものである。具体的には、以下の（１）〜（４）の炭素含有化合物を用いることが好ましい。
【０１０５】
(1)木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスオイルとし、バイオマスオイル中の水分を除去した炭素成分の多い状態であるようにした構成の炭素含有化合物。こうした構成の炭素含有化合物を加熱炉容器内に噴霧することにより、より効率的にバイオマス原料からナノカーボンを生成させることができる。
【０１０６】
(2) 木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するバイオマスガスとし、バイオマスガス中の水蒸気分を除去した炭素成分の多い状態であるようにした構成の炭素含有化合物。ここで、バイオマスガス中の水蒸気分を除去する方法としては、例えば、熱分解温度を高めることで水蒸気成分を水素成分に転換する方法、あるいはバイオマスガスを例えば化学的手法を用いることで水蒸気成分を吸着・分離・除去する方法が挙げられる。  
こうした構成の炭素含有化合物を加熱炉容器内に噴霧することにより、木質系材料等のバイオマス材料を熱分解して生成するガスを用いてそのままナノカーボンを生成させる際に、より効率的でシンプルにバイオマス原料からナノカーボンを生成させることができる。尚、バイオマスガス中の水蒸気分を除去する方法としては、熱分解温度を高めることで水蒸気成分を水素成分に転換する方法、バイオマスガスを化学的手法等を用いることで水蒸気成分を吸着・分離・除去すること等の方法が挙げられる。  
(3) 炭素含有化合物としてのバイオエタノール。バイオエタノールを原料とすることで、ナノカーボン生成の原料の炭素含有化合物として化石資源由来のオイル（炭素含有化合物油）を使用するのではなく、化石資源の使用、燃焼によるＣＯ２排出を抑制でき地球温暖化を防止しつつ、高機能カーボンであるナノカーボンを生成することができる。また、バイオエタノール中には炭素含有化合物成分が多く混入しており、効率的に大量のナノカーボンを生成させることができる。
【０１０７】
(4) 木質系材料から生成する水分を含有するバイオエタノール。木質系材料から生成する水分を含有するバイオエタノールを原料とすることで、ナノカーボン生成の原料の炭素含有化合物として化石資源由来のオイル（炭素含有化合物油）を使用するのではなく、化石資源の使用、燃焼によるＣＯ２排出を抑制でき地球温暖化を防止しつつ、高機能カーボンであるナノカーボンを生成することができる。また、バイオエタノール中には炭素含有化合物成分以外にも水分が混入しているが、或る一定比率以下に水分含有量を低減させることで、効率的に大量のナノカーボンを生成させることができる。  
上述したように、上記方式を組み合わせることで、多様な炭素含有化合物原料から効率的により多くの高品質のナノカーボンを生成することができる。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲を逸脱しない範囲や要旨二含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…ナノカーボン生成炉、１１…加熱炉容器、１２…回転軸、１３ａ，１３ｂ…円錐状板、１４…生成ナノカーボン、１５…回転羽根、１６…固定羽根、１７…加熱ジャケット（加熱源）、１８…保温材、１９…炭素含有化合物注入配管、２０…ナノカーボン排出ノズル、２１，２１ａ〜２１ｅ…炭素含有化合物散布ノズル、２２…触媒基板、２４…未反応炭素含有化合物排出ノズル、２５…未反応炭素含有化合物再投入ノズル、２６…未反応炭素含有化合物再投入ライン、２７…上部ダンパー、２８…下部ダンパー、２９…生成ナノカーボン回収容器、３１…加熱炉容器中間部、３２…未反応炭素含有化合物再加熱ヒータ、３３…上流側加熱ヒータ、３４…下流側加熱ヒータ、３５…不活性ガス注入ノズル（不活性ガス供給手段）、３６…羽根回転軸、３７…掻き落とし羽根、３８ａ〜３８ｅ…炭素含有化合物噴霧スプレーノズル、３９…生成ナノカーボン掻き落とし羽根。
【図１】
2013189334.tif 000003
【図２】
2013189334.tif 000004
【図３】
2013189334.tif 000005
【図４】
2013189334.tif 000006
【図５】
2013189334.tif 000007
【図６】
2013189334.tif 000008
【図７】
2013189334.tif 000009
【図８】
2013189334.tif 000010
【図９】
2013189334.tif 000011
【図１０】
2013189334.tif 000012
【図１１】
2013189334.tif 000013